Диссертация (Методика оценки долговременной эволюции техногенного засорения низких околоземных орбит при реализации активного удаления космического мусора), страница 3

В данной работе к упомянутым выше факторамдобавляется активное удаление КМ.Суть методики заключается в разделении всего множества объектов на 3подмножества таким образом, чтобы в процессе моделирования по временииспользовать статистическую модель КМ и элементы "поштучного" описанияобъектов для учета активного удаления.Третья глава содержит основные принципы построения программногообеспечения для решения задачи оценки долговременной эволюции техногенногозасорения низких околоземных орбит при реализации операций активногоудаления КМ, описание основных модулей и структурной схемы программногокомплекса. Программный комплекс состоит из 3 основных блоков: интерфейса,блока преобразования данных и блока математических моделей. В блокеинтерфейса реализован ввод исходных данных и сценария для расчета, а такжевывод результатов в виде файла и графиков.

Блок преобразования данныхиспользуется для формирования из исходных данных массива данных, требуемыхв математической модели, и для преобразования полученных результатов кзаданным выходным данным. В блоке математической модели реализованаметодика и модифицированные частные модели КМ.Четвертая глава содержит результаты использования разработанногопрограммного комплекса и методики для оценки долговременной эволюциитехногенного засорения области НОО при реализации активного удаления дляобъектов размером более 10 см с использованием сценариев согласно исходным12данным,разработаннымМежагентскимкоординационнымкомитетомпокосмическому мусору.

Анализ результатов и их сравнение с аналогами.Рекомендации по областям, в которых в первую очередь необходимо проводитьоперации активного удаления КМ.Используются 12 сценариев, в каждом учитываются регулярные запускиновых объектов. Из них 3 сценария без активного удаления, в которыхучитываются меры по ограничению техногенного засорения - соответствие 30%,60% или 90% из запущенных объектов правилу 25 лет (новые запускаемыеобъекты должны быть уведены из области НОО либо сразу по окончаниифункционирования, либо должны быть переведены на орбиты со срокоморбитального существования не более 25 лет).

Для оценки эффективностиактивного удаления КМ разработаны 9 сценариев, в которых помимо мер поограничению учитывают одно из 3 значений количества уводимых в годобъектов: 2, 5, 8 объектов с наибольшим значением произведения массы объектана вероятность столкновения в год.13Глава 1.Анализ техногенного засорения околоземного космического пространства иметодов его снижения, постановка задачи оценки долговременной эволюциитехногенного засорения низких околоземных орбит при реализацииактивного удаления космического мусора1.1 Анализ техногенного засорения околоземного космическогопространства, создаваемых космическим мусором проблем и методов ихрешенияТехногенное засорение околоземного космического пространства (ОКП)является существенным негативным последствием его освоения и использования.Дальнейшее освоение ОКП невозможно без объективного анализа текущегосостояния засорения, закономерностей его эволюции и источников образования.Особенно остро этот вопрос стоит по отношению к области низких околоземныхорбит (НОО) с высотами до 2000 км, для которой техногенное засорение являетсямаксимальным и возникла реальная опасность взаимных столкновений КО,включая КМ [1].Космический мусор - это все находящиеся на околоземной орбитекосмические объекты искусственного происхождения (включая фрагменты иличасти таких объектов), которые закончили свое активное функционирование [5].Проблему КМ обозначили еще в 80-х годах, однако серьезное внимание онаполучила позднее, с созданием в 1993 году Межагентского координационногокомитета по космическому мусору (МККМ), а также с включением в 1994 годупроблемы космического мусора отдельным пунктом в повестку НаучнотехническогоподкомитетаКомитетапоиспользованиюкосмическогопространства в мирных целях Организации Объединенных Наций по космосу(НТПК ООН).В настоящее время области ОКП определены следующим образом [15, 16]:14− область низких околоземных орбит: область ОКП, ограниченная высотой2000 км (например, круговая орбита с периодом обращения 127 минут);− область средневысоких околоземных орбит (СВО): область ОКПограниченная высотами от 2000 км до 35586 км− область геостационарной (геосинхронной) орбиты (ГСО) представляетсобой торообразную фигуру, ограниченную по высоте 35786±200 км инаклонению 0±15 град.В 1999 году Научно-техническим подкомитетом Комитета ООН по космосубыл опубликован «Технический доклад по космическому мусору» [15], после чегоМежагентский координационный комитет по космическому мусору включил всвою повестку вопрос о разработке международных руководящих принципов попредупреждению образования космического мусора.

В 2002 году был принятдокумент «Руководящие принципы МККМ по предупреждению образованиякосмического мусора» [3], который регулярно редактируется и обновляется наоснове последних исследований. В этом документе были определены двезащищаемых области в ОКП: НОО и ГСО. На рисунке 1.1 представленыотличительные признаки этих двух областей.Рисунок 1.1.1 - Защищаемые области НОО и ГСО, как определено МККМ ипринято НТПК ООН15Относительно этих защищаемых областей «Руководящие принципыМККМ...» гласят, что «любая деятельность человека в космосе должнапроводиться с учетом уникальности защищаемых областей НОО и ГСО такимобразом, чтобы гарантировать их безопасное и непрерывное использование вбудущем.

Эти области должны быть защищены в отношении образованиякосмического мусора» [15].В дополнение к «уникальному» статусу, эти две области оказались такженаиболее востребованными для формирования целевых орбит большинства КА,выведенных в космос. Следовательно, сохранение возможности дальнейшегоиспользования этих двух областей ОКП необходимо всем будущим поколениям.Одним из вопросов, рассматриваемых «Руководящими принципами МККМ…»,является удаление КА по завершении их активного функционирования из зонырабочих орбит. Чтобы снизить образование нового КМ в защищаемых областяхвследствие их случайных столкновений, рекомендовано не допускать длительногопребывания нефункционирующих КА и ступеней ракета-носителей (РН) вобластях НОО и ГСО.

Рекомендация для области НОО относится не только кобъектам, которые находятся там постоянно, но и к объектам, которые регулярнопересекают этот район, то есть находятся на эллиптических орбитах.«Руководящие принципы МККМ ...» требуют, чтобы космические системы (КС),находящиеся в области НОО по завершении их активного функционирования,были переведены на более низкие орбиты со сроком орбитального существованияне более 25 лет, а КС, находящиеся в области ГСО, должны уводиться позавершении их активного функционирования на орбиту выше области ГСО.Области пространства между НОО и ГСО, т.

е. область СВО, и выше области ГСОсознательно не определялись как защищаемые области. Однако «Руководящиепринципы МККМ...» подтвердили их существование и предложили следующуюрекомендацию: «По завершении целевого функционирования в заданной областиорбит (кроме НОО и ГСО) КС должны выполнить маневр «увода» дляуменьшения времени орбитального существования, по аналогии с ограничениямидля НОО, или должны переводиться на другие орбиты, если они представляют16опасность с точки зрения взаимных столкновений в активно используемыхобластях орбит» [15].В 2007 г. были приняты «Руководящие принципы Комитета ООН покосмосу по предупреждению образования космического мусора» [4].

Данныйдокумент согласован с «Руководящие принципы МККМ...», однако содержитбольшеобщихтребований,рекомендуетгосударствам-членамООНимеждународным организациям добровольно применять, через свои национальныеи иные механизмы, меры по ограничению КМ. Рекомендуется их использоватьпри проектировании и эксплуатации вновь разрабатываемых КС. Данныепринципы не являются Юридически обязательными согласно международномуправу.Большая работа по разработке международных стандартов в части КМведется в Международной организации по стандартизации [2].В России разработан ГОСТ Р 52925-2008 [5]: «Общие требования ккосмическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземногокосмического пространства», в котором представляются гармонизированные смеждународными рекомендациями требования к КС в части ограничениятехногенного засорения.Классификация КМ согласно «Руководящим принципам МККМ...» [3], атакже меры предотвращения образования различных групп КМ представлены втаблице 1.1.1.

Более подробная классификация техногенных КО в ОКПпредставлена в блок-схеме на рисунке 1.1.2. [14], а также в таблице 1.1.2.17Таблица 1.1.1 - Классификация объектов КМ на группы согласноруководящим принципам МККМКатегорияОбъекты,связанные свыполнениеммиссийФрагментыПричины образованияОбъекты образованныепреднамеренноОбъекты образованныенепреднамеренноУмышленное разрушениеСамопроизвольные взрывыво время функционированияРазрушения послепрекращенияфункционированияСтолкновения на орбитеПрекратившиесуществованиеКА, РБ иступени РННедостаточный маневрувода или его отсутствиеРекомендацииРазработка РКТ сиспользованием мерсмягчения техногенногозасоренияРазработка РКТ сбольшей надежностьюВоздержание отпреднамеренныхразрушенийРазработка РКТ сбольшей надежностьюРазработка РКТ сиспользованием мерсмягчения техногенногозасоренияПредупреждениестолкновений иэкранированиеПроведение маневраувода в атмосферу илина не использующуюсяорбиту захороненияТаблица 1.1.2 - Классификация КМ по размерам и опасности столкновения сКАКатегория КОРазмеры [см]ОценкаколичестваНаблюдаемые> 5-30~ 21000Потенциальнонаблюдаемые>1~ 106Ненаблюдаемые<1~ 109Потенциальныйриск столкновенияс КАПолная потеряработоспособностиПолная иличастичная потеряработоспособностиУхудшение свойствотдельных систем18Рисунок 1.1.2 – Классификация КМ по типуХарактернойиспользованиюОКПособенностьюявляетсяеговсейдеятельностизасорениепообъектамиосвоениюиискусственногопроисхождения.

Число запусков КА составляет в среднем около 100 штук в год,однако в последнее время происходит увеличение количества запусков большогоколичества малых КА в область НОО, за один запуск выводится более 30 малыхКА. Вес ежегодно выводимых на орбиты объектов составляет примерно 160 тонн.В результате запусков новых КО, выполнения разного рода технологическихопераций на функционирующих КА, вследствие взрывов и аварий ежегоднообразуется 600 - 700 объектов размером более 10 см [13]. На рисунках 1.1.3 и 1.1.4представлены зависимости количества объектов и количество запусков РН поданным американской сети контроля космического пространства [16]. Как видноиз графика на рисунке 1.1.3 количество КМ увеличивается, особенно следуетотметить резкое изменение количества объектов в 2007 и 2009 годах, что связанос разрушением спутника Fengyun-1C и столкновением КА Iridium-33 и Космос2251.